【机械cax360第408期】土星5号运载火箭是美国国家航空航天局(NASA)在阿波罗计划和天空实验室计划中使用的重要运载工具。土星5号超重型运载火箭是仅次于苏联能源号运载火箭的推力第二大运载火箭。
1967年到1973年间，13枚土星5号陆续送了12个阿波罗登月飞船（含12名宇航员），和一个天空实验室1号升空，保持着完美的发射记录。
01:
美国土星5号是截至目前仍是人类历史上使用过的自重最大的运载火箭，高达110.6米，起飞重量3038.5吨；总推力达3408吨，月球轨道运载能力45吨，近地轨道运载能力118吨。
土星5号是三级火箭，由S-1C第一级、S-2第二级、S-4B第三级、仪器舱和有效载荷组成。第一级长42米，直径10米，到尾段底部直径增大到13米。尾段上装有4个稳定尾翼，翼展约18米。
第一级采用5台F-1发动机，推进剂为液氧和煤油，2个10米直径的铝制推进剂贮箱用桁条和隔框加强。第二级长25米，直径10米，采用液氧液氢推进剂 ，共用5台J-2发动机。第三级长18.8米，直径6.6米，1台J-2发动机，推进剂为液氧液氢。
土星5号由马歇尔太空飞行中心总指挥沃纳·冯·布劳恩与他的德国火箭团队担任设计研发工作，主要的承包商包括波音公司、北美人航空公司、道格拉斯飞行器公司以及IBM。
▲冯·布劳恩和自己设计的土星五号合影
土星5号的发射都有三级：S-IC(一级)、S-II(二级)和S-IVB(三级)。每一级都使用液态氧(LOX)作为氧化剂。第一级使用高精炼煤油(RP-1)作为燃料，其他两级使用液态氢(LH2)作为燃料。一般来说，一次发射任务的前20分钟左右由火箭推动。
02:
土星5号的设计起源于V-2火箭和木星系列火箭。由于木星系列火箭的成功，新一代的土星系列火箭开始出现。冯·布劳恩在马歇尔航天飞行中心领导了一个团队来建造一个足以将一艘宇宙飞船送上登月轨道的运载火箭，团队先开始进行增加推力、减少操作系统复杂度和设计更好的力学系统工作 。
在设计过程中，他们决定抛弃V-2火箭中的单引擎的设计思路，转而设计多级火箭。土星1号和1B号反映了这些设计思想的变化，但是仍不足以将一艘载人宇宙飞船送上月球 ，需要若干次发射才能将登月所需要的各个部件送入轨道。
工程师们认为，最好使用F-1火箭发动机配合新型J-2火箭发动机的液氢推进系统，这可以使土星C-5的配置达到最优。1962年，NASA做出了最终计划，决定按照冯·布劳恩的土星设计方案继续研究，而这也为阿波罗计划赢得了时间。
▲F-1火箭发动机
随着火箭配置工作的完成，NASA开始考虑选择登月的任务模式。在争论之后，NASA决定采用月球轨道交会的方法。在推进燃料的选择、燃料需求量和火箭制造过程等等问题都得到了解决之后，土星5号被选为登月飞船的运载火箭。
03:
土星5号是三级火箭，由S-1C第一级、S-2第二级、S-4B第三级、仪器舱和有效载荷组成。
土星5号第一级长42米，直径10米，到尾段底部直径增大到13米。尾段上装有4个稳定尾翼，翼展约18米。第一级采用5台F-1发动机，推进剂为液氧和煤油，2个10米直径的铝制推进剂贮箱用桁条和隔框加强。
▲S-1C第一级
土星5号第二级长25米，直径10米，采用液氧液氢推进剂 ，共用5台J-2发动机。
▲S-2第二级
土星5号第三级长18.8米，直径6.6米，1台J-2发动机，推进剂为液氧液氢。
▲S-4B第三级
04:
从1964年至1973年，土星5号的总拨款高达65亿美元，在1966年达到最高，仅一年中就拨了12亿美元。
阿波罗计划被缩减的主要原因是资金。1966年，美国国家航空航天局的年度政府拨款高达45亿美元，约为当时美国国内生产总值(GDP)的0.5%。同年，国防部的政府拨款为635亿美元，阿波罗计划总共耗资约240亿美元。
一枚土星5号火箭在约翰逊航天中心展览，它的第一级推进器来自SA-514，第二级来自SA-515，第三级来自SA-513。这也是唯一一枚展出中的完整土星5号火箭。
目前马斯克的BFR超级火箭（总质量4400吨），NASA的SLS空间发射系统（总质量2497吨）正在研发当中，准备在即将到来的二三十年代载人走向深空，并最终登陆火星，新一轮的太空探索热潮正在兴起，或许这一次我们不能再落后了。
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